Simulação numérica da migração de elementos metálicos e do monômero e-caprolactama de embalagens poliméricas irradiadas para simulantes de alimentos

Abstract

Há décadas o estudo da migração de compostos químicos presentes nas embalagens de alimentos, tais como metais, monômeros residuais e aditivos, têm despertado interesse de vários setores da sociedade a fim de evitar a contaminação química. Neste trabalho foi realizada a irradiação de embalagens que foram postas em contato com simulante de alimentos visando avaliar a migração através do modelamento matemático do processo difusivo, compilado num método de simulação computacional para estudar o comportamento microscópio da migração dos elementos metálicos cádmio, cromo, antimônio e cobalto, presentes em plásticos metalizados de embalagens de alimentos derivados de leite, e do monômero - caprolactama, presente em embalagens poliméricas de nylon utilizadas no acondicionamento de carne, para o simulante de alimentos solução de ácido acético 3%. As simulações da migração do monômero -caprolactama foram comparadas com resultados obtidos experimentalmente por cromatografia gasosa de alta resolução (HRGC) e a simulação da migração dos elementos metálicos foi comparada com os resultados obtidos através do método de análise por ativação com nêutrons (AAN). Estes resultados experimentais foram realizados e cedidos por grupos de pesquisa parceiros neste projeto. O sistema embalagem-alimento foi discretizado no espaço unidimensional e no tempo e a equação diferencial parcial que define o processo difusivo, a segunda \"lei de Fick\", combinada com a equação do tipo Arrhenius para os efeitos térmicos, foram resolvidos utilizando diferenças finitas. A etapa final da resolução foi um sistema linear tridiagonal de equações resolvido pelo algoritmo de Thomas. Foram estudados, e em alguns casos até previstos, grandezas empíricas, como o coeficiente de difusão, a energia de ativação e o perfil de concentração das substâncias migrantes, permitindo a compreensão do processo de difusão e a estimativa da migração destes componentes sob influência de radiação ionizante. Houve alterações nos níveis de concentração inicial do monômero na embalagem. As simulações demonstraram que a migração é fortemente dependente do seu perfil de concentração inicial e, embora não tenha havido um processo de validação formal, o simulador mostrou excelente concordância com muitos resultados experimentais, mensurados por técnicas analíticas diferentes, sendo pois uma interessante ferramenta em estudos futuros da influência da radiação ionizante na migração de compostos de sistemas embalagemalimento.